外源抗熱劑對(duì)馬纓杜鵑抗熱性的影響初探

汪蓉 葉向斌 岳保超 劉黽 管璞怡

摘要：以4年生馬纓杜鵑Rhododendron de！avayi為材料，采用4因素2水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，探討不同抗熱劑及其不同濃度處理對(duì)馬纓杜鵑抗熱性的影響。結(jié)果顯示：在高溫脅迫下（42℃）施用對(duì)氨基水楊酸（PAS）、海藻酸（AA）和氯化鈣（CaCl₂），對(duì)馬纓杜鵑抗熱性有顯著的影響，22℃時(shí)以200mg/L PAS+400mg/L AA+800rng/L CaCl₂，組合處理對(duì)提高馬纓杜鵑的抗熱性效果最好，42℃時(shí)則以200mg/L PAS+200mg/L AA+1200mg/L CaCI，組合處理效果最佳。

關(guān)鍵詞：馬纓杜鵑；高溫脅迫；抗熱劑；抗熱性

中圖分類號(hào)：S688.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-2641（2015）06-0026-04

收稿日期：2015-07-07

修回日期：2015-10-19

1 研究目的及意義

馬纓杜鵑Rhododendron delavayi為常綠小喬木，高可達(dá)12m，枝條粗壯，直立，葉革質(zhì)，長(zhǎng)圓狀披針形，幼葉表面及背面均有灰白色及淡棕色海綿狀薄氈毛，成葉表面光綠色，無(wú)毛；頂生傘形花序，有花10～20朵，花冠鐘狀，深紅色；蒴果圓柱形，長(zhǎng)約1.8cm，厚約8mm，縱向5裂?；ㄆ?～6月，果期8～9月。主要分布于我國(guó)西南地區(qū)海拔1200～2900m、氣候冷涼、空氣濕潤(rùn)的山坡。近年來(lái)，有對(duì)馬纓杜鵑的繁殖技術(shù)、種苗生長(zhǎng)規(guī)律、花期調(diào)控、植物激素對(duì)其光合作用日變化的影響等研究報(bào)道，但對(duì)馬纓杜鵑幼苗抗熱性的報(bào)道很少。

馬纓杜鵑南移至城市低海拔地區(qū)面臨的主要困難是高溫制約。人們多從野外山林地區(qū)直接挖苗種植，而作為三大高山花卉之一的杜鵑多自然分布于我國(guó)西南各省山地，被挖取的苗木往往難以適應(yīng)城市炎熱的環(huán)境，導(dǎo)致大量野生資源遭到破壞。本研究旨在找出較好的可提高馬纓杜鵑抗熱性的外源抗熱劑配方，為其在熱帶低海拔氣候炎熱地區(qū)的引種和應(yīng)用提供參考。大量研究報(bào)道表明，外源水楊酸類物質(zhì)、海藻酸剮及Ca²⁺處理能減輕或抵御植物因逆境引起的不利生理變化，對(duì)提高植物的抗性起著重要作用。何亞麗等研究了0-1.5mmol/L的水楊酸對(duì)3葉齡高羊茅幼苗具抗熱性的作用，王三根等研究表明一定濃度的海藻糖能有效提高小麥的抗鹽能力，趙冰等研究表明20mmol/L的Ca²⁺處理能有效抑制高溫脅迫對(duì)秦嶺高山杜鵑幼苗葉片的傷害，劉悅萍等報(bào)道Ca²⁺可促進(jìn)水楊酸類物質(zhì)對(duì)植物耐熱性的誘導(dǎo)。為探索對(duì)氨基水楊酸、海藻酸、Ca²⁺三者分別及共同對(duì)馬纓杜鵑的抗熱性影響，根據(jù)文獻(xiàn)資料選取適宜濃度范圍進(jìn)行探索，采用正交試驗(yàn)方法進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

2 材料和方法

2.1 試驗(yàn)材料及方案

本試驗(yàn)用4年生馬纓杜鵑實(shí)生苗，購(gòu)自云南省昆明市呈貢區(qū)苗木基地，其經(jīng)緯度分別為102°80′、24°88′，屬低緯度高原平壩地區(qū)，海拔高1900～2000m，氣候?qū)俚途暥雀咴撅L(fēng)氣候型，年平均氣溫14.7℃，年日照數(shù)2200h，年均降雨量800mm。實(shí)生苗平均高度為26cm，植株基莖平均粗10cm，葉片10～13片，植株長(zhǎng)勢(shì)良好，能在苗圃內(nèi)半遮蔭條件下自然度夏。本試驗(yàn)場(chǎng)地位于廣東省廣州市仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院科學(xué)樓二樓平臺(tái)。

試驗(yàn)采用四因素兩水平正交設(shè)計(jì)，詳見(jiàn)表1。表中，22/10℃為試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)正常狀態(tài)下白天及夜晚的溫度，42/30℃為高溫脅迫下白天及夜晚的溫度。

本試驗(yàn)用外源抗熱劑為對(duì)氨基水楊酸、海藻酸及CaCl₂，試劑購(gòu)自阿拉丁試劑（上海）有限公司，均為分析純級(jí)別。

試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)20株，具體實(shí)施方案見(jiàn)表2。試驗(yàn)中溫度控制采用小型溫室隔離、加熱器保溫與溫度控制器控制溫度相結(jié)合的方式。溫室內(nèi)的環(huán)境為：自然光照，因溫室位于一冠幅較大的葉樹(shù)下方，既避免了正午陽(yáng)光直射，又為植株提供了足夠的光照。經(jīng)照度計(jì)測(cè)定，試驗(yàn)期間12：00的平均光照強(qiáng)度為12825Lux，上午和下午時(shí)段的平均光強(qiáng)為4902Lux，空氣濕度為12%-19%。

試驗(yàn)用材料均為生長(zhǎng)良好、長(zhǎng)勢(shì)一致的植株，所有植株均進(jìn)行統(tǒng)一的水分和營(yíng)養(yǎng)管理。待植株生長(zhǎng)基本穩(wěn)定后，按照表2編號(hào)并進(jìn)行處理，將PAS、AA及CaCl₂分別用噴霧器在9：30-10：00進(jìn)行噴施，每種抗熱劑噴完后，待葉片干后再繼續(xù)噴施下種抗熱劑，各抗熱劑均勻噴施在葉片的正反面，每2d噴施1次，連續(xù)噴3次，對(duì)照試驗(yàn)植株噴施清水，噴藥后讓植株穩(wěn)定生長(zhǎng)5d后移入溫室進(jìn)行高溫脅迫，脅迫時(shí)間共計(jì)96h。在高溫脅迫前取第一次樣，此后每48h取1次樣，每次取樣時(shí)間均在9：00左右，剪取長(zhǎng)勢(shì)良好的新鮮葉片即刻用于各項(xiàng)生理生化指標(biāo)的測(cè)定，每個(gè)指標(biāo)重復(fù)3次。

2.2 測(cè)定指標(biāo)與分析

高溫對(duì)于植物的危害是極其復(fù)雜的，包括間接傷害和直接傷害兩方面，間接傷害包括饑餓、蛋白質(zhì)的破壞和氨毒害，直接傷害包括蛋白質(zhì)變性和生物膜破壞，高溫會(huì)使植物出現(xiàn)葉片灼傷、枯死，樹(shù)干干裂，葉芽與花芽損傷等熱害癥狀。結(jié)合植物抗熱性鑒定方法和試驗(yàn)條件等因素綜合考慮，確定用丙二醛及可溶性糖2個(gè)生理生化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)結(jié)合植物生長(zhǎng)形態(tài)指標(biāo)的觀測(cè)對(duì)不同抗熱劑處理下馬纓杜鵑進(jìn)行較綜合的抗熱性測(cè)定。

植物在高溫脅迫期內(nèi)，其生長(zhǎng)形態(tài)會(huì)發(fā)生一系列的變化，首先受到影響的是植株幼葉部分，幼葉逐漸枯萎、燒灼、脫落，繼而老葉出現(xiàn)枯黃、萎焉、脫落等現(xiàn)象。根據(jù)植株的生長(zhǎng)表現(xiàn)，參考陳文志的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)制定以下評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：

Ⅰ級(jí)：全部植株長(zhǎng)勢(shì)良好，葉色正常，植株傷害率為O。

Ⅱ級(jí)：小部分植株的小部分葉片干枯，植株傷害率為20%。

Ⅲ級(jí)：小部分植株的大部分葉片干枯并脫落，植株傷害率為40%

IV級(jí)：大部分植株的小部分葉片干枯，植株傷害率為60%。

V級(jí)：大部分植株的大部分葉片干枯并脫落，植株傷害率為80%。

經(jīng)過(guò)高溫脅迫后，各處理下馬纓杜鵑抗熱性強(qiáng)弱按如下劃分：1～I(xiàn)I級(jí)為強(qiáng)，III～Ⅳ級(jí)為中等，V級(jí)為弱。對(duì)高溫脅迫1個(gè)月后植株的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行觀測(cè)，并統(tǒng)計(jì)死亡植株占各處理總數(shù)的比例，得出傷害率，進(jìn)行抗熱劑效果比較。

試驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)均采用Minitab16、Exce12003和SPSS17.0軟件進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、多重比較和方差分析，并運(yùn)用隸屬函數(shù)法對(duì)不同藥物處理下馬纓杜鵑幼苗抗熱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同抗熱劑處理對(duì)馬纓杜鵑葉片丙二醛含量的影響

MDA是膜脂過(guò)氧化作用產(chǎn)物之一，通常利用它作為脂質(zhì)過(guò)氧化指標(biāo)，表示細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度和植物對(duì)逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱。研究表明，植物的抗熱性越強(qiáng)，高溫脅迫下MDA含量的增幅越小。如圖1所示，各處理在0-96h的高溫脅迫期間，MDA含量基本呈上升趨勢(shì)。各處理的增幅在22℃時(shí)由小到大為處理2（15%）<處理3（4.83%）<處理1（17.05%）<處理4（45.11%），42℃時(shí)處理5（29.88%）<處理6（37.27%）<處理9（72%）<處理7（85.44%）<處理8（107.09%）。

方差分析結(jié)果表明，在高溫脅迫初期，除了處理5和處理8間以及處理7和處理6間無(wú)顯著性差異（P>0.05）外，其它互相之間有顯著性差異（P<0.05）。在高溫脅迫中期，各處理間均有顯著性差異（P<0.05）。在高溫脅迫后期，處理1和處理5間無(wú)顯著性差異（P>0.05），其它各處理間均有顯著性差異（P<0.05）。22℃和42℃條件下，處理4（300mg/L PAS+600mg/L AA+1200 mg/L CaCl₂）和處理7（200mg/L PAS+200mg/LAA+1200mg/L CaCl₂）的MDA含量增幅較大，2種抗熱劑組合中均有1200mg/L CaCl₂，說(shuō)明高濃度的CaCl₂不能有效地改善由高溫引起的膜系統(tǒng)傷害情況，低濃度的CaCl₂對(duì)于降低膜系統(tǒng)受傷害的程度有幫助。

3.2 不同抗熱劑處理對(duì)馬纓杜鵑葉片可溶性糖含量的影響

可溶性糖是植物體內(nèi)一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，植物為了適應(yīng)逆境條件，常主動(dòng)積累一些可溶性糖，降低滲透勢(shì)和冰點(diǎn)，增加細(xì)胞液濃度，提高植物對(duì)水分的吸收能力和保水能力，以適應(yīng)外界環(huán)境條件的變化。有研究顯示，高溫脅迫下滲透調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的植物抗熱性強(qiáng)。如圖2所示，馬纓杜鵑植株可溶性糖含量基本隨著高溫脅迫時(shí)間的增加而逐漸增加。在0-96h高溫脅迫期間，22℃時(shí)各處理可溶性糖含量增幅從大到小為處理4（0.054%）>處理1（0.052%）>處理3（0.051%）>處理2（0.029%），42℃時(shí)處理5（0.048%）>處理8（0.042%）>處理6（0.033%）>處理7（0.025%）>處理9（0.0089%）。

方差分析顯示，在高溫脅迫初期，各處理間大部分無(wú)顯著性差異（P>0.05）；在高溫脅迫中后期，各處理間出現(xiàn)顯著性差異（P<005）。其中在22℃時(shí)除處理1和處理3間無(wú)顯著性差異（P<0.05），其余各處理間均有顯著性差異（P<005），處理4即300mg/L PAS+600mg/LAA+1200mg/L CaCl₂組合噴施對(duì)于提高植株可溶性糖含量效果最好；42℃時(shí)各處理間均有顯著性差異（P<0.05）， 處理5即600mg/LAA+400mg/L CaCI2對(duì)于提高植株可溶性糖含量效果最好。

3.3 不同抗熱劑處理對(duì)馬纓杜鵑生長(zhǎng)的影響

表3顯示，22℃時(shí)表現(xiàn)較好的是處理2和處理4，在高溫脅迫后期，大部分葉色基本正常，有20%-40%的老葉干枯焦黃；42℃時(shí)表現(xiàn)較好的是處理7，有40%-60%的植株出現(xiàn)老葉脫落。

在高溫脅迫結(jié)束后一個(gè)月內(nèi)，繼續(xù)對(duì)受試植株進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，得出42℃條件下的植株受傷害程度最大，未經(jīng)抗熱劑處理的植株傷害率高達(dá)83%，經(jīng)抗熱劑處理的植株除處理7外，其它處理的傷害率均達(dá)到50%以上。在22℃條件下植株恢復(fù)生長(zhǎng)狀態(tài)最好，大部分植株均有8-14片新葉長(zhǎng)出，新葉長(zhǎng)約15cm。42℃條件下的植株死亡數(shù)最多，且枯落葉為22℃條件下的兩倍多，在該溫度條件下未噴施抗熱劑的植株大部分患病，致使植株葉片繼續(xù)干枯，最后死亡。說(shuō)明在自然狀態(tài)下，4年生馬纓杜鵑難以耐受42℃高溫。

3.4 不同抗熱劑處理下馬纓杜鵑抗熱性的綜合評(píng)價(jià)

運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法計(jì)算，由表4可知，未施用抗熱劑的植株的函數(shù)值均低于施用了抗熱劑的植株的函數(shù)值，說(shuō)明抗熱劑的施用有助于提高植株的抗熱性，在22℃時(shí)的效果處理3>處理4>處理2>處理1，42℃時(shí)處理7>處理6>處理5>處理8>處理9。隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果基本一致。

4 結(jié)論與討論

在高溫脅迫下，抗熱劑的施用對(duì)4年生馬纓杜鵑抗熱性有顯著的影響，它們對(duì)維持植株在高溫脅迫下生理活動(dòng)的正常進(jìn)行有一定的作用。在試驗(yàn)設(shè)定的溫度條件下，通過(guò)測(cè)定未施抗熱劑的馬纓杜鵑的生理生化指標(biāo)，表明高溫脅迫嚴(yán)重影響了馬纓杜鵑的正常生長(zhǎng)，植株很難耐受42℃高溫。在對(duì)經(jīng)過(guò)不同抗熱劑處理的馬纓杜鵑的生理指標(biāo)及植株實(shí)際生長(zhǎng)情況的測(cè)定與觀察中，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法，得出2個(gè)溫度條件下耐熱性最強(qiáng)的抗熱劑組合：22℃時(shí)使用200mg/L PAS+400mg/LAA+800mg/L CaCI2處理，42℃時(shí)使用200mg/L PAS+200mg/LAA+1200mg/L CaCl₂處理。

對(duì)于馬纓杜鵑等一類野生喬狀杜鵑的引種，應(yīng)先從幼苗做起，幼苗相對(duì)于大樹(shù)有更強(qiáng)的適應(yīng)性，且對(duì)于野生資源的破壞更小，在引種目的地之前，應(yīng)先在引種地種植一段時(shí)間，待其生長(zhǎng)狀態(tài)良好，再移至目的地，通過(guò)噴施合適的抗熱劑及合理的管理，植株定能順利度夏。

何亞麗等研究發(fā)現(xiàn)，濃度為0.1-1.0μmol/L的水楊酸可提高3葉齡高羊茅幼苗的抗熱性；孫艷等研究顯示，濃度為50μmol/L的水楊酸可提高黃瓜四葉期幼苗的抗熱性；陳文志等研究顯示在38℃條件下，150mg/L的水楊酸和1000mg/L的CaCI，混合噴施有助于提高四季報(bào)春植株的抗熱性；趙冰等研究表明，20mmol/L Ca²⁺處理秦嶺高山杜鵑能有效抑制高溫脅迫引起的幼苗葉片內(nèi)丙二醛含量的快速積累，并使熱害指數(shù)降低約75%，從而在一定程度上提高高山杜鵑的耐熱性。

將氨基水楊酸、海藻酸和氯化鈣本身作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作用于植株，可促進(jìn)植株生長(zhǎng)。大量研究表明，水楊酸類、海藻糖類及鈣離子可提高植株耐熱性。本試驗(yàn)結(jié)果表明，其不同濃度組合亦有助于提高馬纓杜鵑的抗熱性，對(duì)于在高溫脅迫中受傷害的植株，抗熱劑的施用可以增強(qiáng)受傷害植株的恢復(fù)能力。故3種物質(zhì)的施用對(duì)于馬纓杜鵑引種至廣州地區(qū)有積極的作用，可以作為馬纓杜鵑引種的抗熱劑使用。